Сверхпроводник с охлаждением внутреннего типа

Сверхпроводник с охлаждением внутреннего типа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СВЕРХПРОВОДНИК С ОХ ПАДДЕНИЕМ ВНУТРЕННЕГО ТИПА, содержащий два параллельных сверхпроводящих провода и канал для охлаждения, проходящий вдоль сверхпроводящих проводов, отличагощи йс я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, в него введены расположенные друг над другом и между сверхпроводящими проводами два усиливающих элемента и стабилизатор, причем стабилизатор расположен между усиливающими элементами, при этом канал для охлаждения проходит внутри стабилизатора , внутренняя поверхность которого снабжена ребрами, имеющими острый угол 30 , а отношение дли5S ны поперечного сечения внутренней сл стенки канала для охлаждения к площади поперечного сечения этого канала равно 30-40 см , а площадь поперечного сечения канала для охлаждения составляет 4-22% от полной площади сверхпроводника.

Союз сснктских социллистичксних

РеспуБлин

„„SU

1s1)4 H 01 Т 39/24 (2l) 3219053/24-25 (22) 14.11 ° 80 (31) 147790/79 (32) 16.11.79 (33 ),ТР (46) 15.!2.85. Бюл. V- 46 (71) Хитачи, ЛТД (.П ) (72) Наофуми Тада, Хироши Кимура, Хизанао Огата (1Р) (53) 621.326(088.8) (56) Institute of Electrical and

Electronics engineers (IEEE).

Transactions on magnetics, vol, mag-l5, No 1, January 1979, рр.789.

791.

Сверхпроводящие машины и устройства. Под ред. С.Фонера и

Б.Шварца M. Мир, 1977, с. 459. (54) (57) СВЕРХПРОВОДНИК С ОХЛАЖДЕНИЕМ ВНУТРЕ1П1ЕГО ТИПА, содержащий дв а п ар алле льных св ер хпр о водящих провода и канал для охлаждения, проходящий вдоль сверхпроводящих проводов, о тлич а ющийс я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, в него введены расположенные друг над другом и между сверхпроводящими проводами два усиливающих элемента и стабилизатор, причем стабилизатор расположен между усиливающими элементами, при этом канал для охлаждения проходит внутри стабилизатора, внутренняя поверхность которого снабжена ребрами, имеющими о острый угол 30, а отношение длины поперечного сечения внутренней стенки канала для охлаждения к площади поперечного сечения этого ка-1 нала равно 30-40 см, а площадь поперечного сечения канала для охлаждения составляет 4-227. от полной площади сверхпроводника.

1199208

Изобретение относится к сверхпроводникам, более конкретно к с сверхпроводникам с охлаждением внутреннего типа, и может быть ис° пользовано в имеющих большие размеры, создающих сильные магнитные поля сверхпроводящих катушках, Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения.

0 стабильности сверхпроводника с охлаждением внутреннего типа можно судить по тому, является или нет параметр стабилизации с, выражаемый (9 меньшим, чем 0,8.

Здесь — удельное электрическое соза противление (Ом см) стабилизирующего материала, ток проводимости (А) сверхпроводника;

А — площадь сечения (см ) ста— билизирующего материала, Р— длина периферии канала (см) — интенсивность теплоотдачи (Вт/см ° rpад), Т вЂ” температура (град) параи 30 проводника, Т вЂ” температура (град) охладителя.

Предположим теперь, что условия нагрева сверхпроводника (числитель в выражении (1), тип сверхпроводника и состояние охладителя являют— ся неизменными, отчего справедливо соотношение с "1/Р1 и стабилизированное состояние может быть достигнуто путем увеличения Р11, Что каса40 ется интенсивности теплоотдачи в случае использования в. качестве охладителя сверхкритического гелия, то желательно, чтобы площадь сечения канала охладителя была малой, а периферическая длина — большой.

С другой стороны, в случае сверхпроводника с охлаждением внутреннего типа, когда течение охладителя создается нагнетанием, потеря давления на единицу длины сверхпровод-1ика выражается р 1Ä25

7 (2) рЪ где Р— разность давлений; ! — длина проводника, Соответственно, когда площадь сечения канала охладителя становится малой, потеря давления охладителя становится большой и необходимо уменьшить длину канала охладителя, В итоге, описанное исследование приводит к тому, что площадь сечения канала охладителя может оказаться равной минимальной величине, допустимой с точки зрения длины канала охладителя, и что периферическая длина канала может быть увеличена с увеличением сечения в наибольшей степени. Для увеличения периферической длины канала увеличивают периферическую длину стенки канала охладителя, находящуюся в контакте с охладителем.

При рассмотрении имеющей большие размеры, создающей сильные магнитные поля сверхпроводящей катушки ток проводимости сверхпроводника этой катушки равен нескольким десяткам килоампер, и он превращается в конструкцию проводника, которая включает в себя не только композитный сверхпроводящий провод, способный проводить такой ток, но также стабилизирующий материал,усиливающий элемент и т.д, Соответственно, хотя площадь сечения канала охладителя, занимаемая в полном сечении сверхпроводника, может изменяться в зависимости от названных условий, необходимо,чтобы отношение полной периферической длины стенки канала охладителя, находящейся в контакте с охладителем, к полной площади площади сечения канала охладителя было боль-1 шим некоторого значения (30-40 см ) так как, если это отношение меньше такого значения, стабилизация имеющей большие размеры, создающей сильные магнитные поля сверхпроводящей катушки становится затруднительной, Верхний предел отношения полной периферической длины стенки канала охладителя, находящейся в контакте с охладителем, к полной площади сечения канала охладителя определяется технологией изготовления проводника и длиной канала охладителя. Нижним предельным значением отношения площади сечения канала охладителя к площали сечения сверхпроводника с точки зрения длинь1 канала охладителя, имеющей боль1199208

5 !

О!

5 шие размеры, создающей сильные магнитные поля снерхпронодящей катушки, янляется значение 47. Когда это отношение больше, чем 227, сечение проводника должно быть большим, что приводит к уменьшению плотности тока катушки.

На фиг. 1 показан разрез сверхпроводника с охлаждением внутреннего типа по изобретению, вариант на фиг. 2 — то же, второй вариант, на фиг, 3 — график зависимостей между параметром стабилизации (N) и отношениями периферической длины канала охладителя к площади сечения канала охладителя у сверхпронодникон с различными значениями отношения площади сечения канала охладителя к площади сечения сверхпроводника, на Фиг. 4 — график зависимостей между длиной канала охладителя и отношениями периферической длины канала охладителя к площади сечения канала охладителя у сверхпроводников с различными значениями отношения площади сечения канала охладителя к площади сечения сверх проводника, На фиг. I показан спроектированный и изготовленный сверхпронодник, Размеры поперечного сечения его равны: ширина 46 и высота Zl мм, критический ток сверхпроводника

40 кА при магнитной индукции 12 Тл и температуре 5 К (K обозначает . абсолютную температуру), Согласно фиг. 1 сверхпроводник

1 включает в себя пару содержащих три-ниобий-олово (Nb>Sn) композитных сверхпроводящих проводников 2, покрытых стабилизирующим материалом, например медью, алюминием и т,д,, стабилизатор 3 и пару усиливающих элементов 4. Стабилизатор 3, выполненный из меди, алюминия или других подобных материалов, снабжен в центральной части поперечного сечения каналом и охладителя. Канал 4 охладителя имеет волнообразную форму боковой стенки и снабжен множеством ребер высотой 2 мм при угле зао острения 30 . Усиливающий элемент

5 выполнен из нержавеющей стали, покрытой теплопроводным материалом

6, например медью или другим подобным материалом. Пара усиливающих элементов 5 соединена со стабилизатором 3 пайкой серебряным припо25

55 ем или электронно-лучевой сваркой, чтобы можно было сохранить высокую теплопроводность. Узел с.табилизатора и усиливающих элементов соединяется с парой композитных сверхпроводящих проводов 2 пайкой серебряным припоем, электронно-лучевой сваркой нли другим подобным способом, чтобы можно было сохранить высокую теплопронодность. Отношение площади сечения канала охладителя к полной площади сечения сверхпровод. ника 1 равно 8,37, а отношение периферической длины стенки канала охладителя, находящейся в контакте с охладителем, к площади сечения канала охладителя равно 26,4 см . За. тем исследуется стабильность в том случае, когда сверхкритический гелий при температуре 5 К под давлением 8 ат нагнетается через канал охладителя описываемого сверхпроводника с расходом 5 г/с, а через наро" проводниковую часть пропускается ток катушки силой 20 кА. B результате описанный параметр стабилизации становится равным 0,75, и сверхпроводник стабилизируется. Потеря давления в канале охладителя при этом составляет 2,6 ат при длине канала

10 м. Сверхкритическое состояние удовлетворительно поддерживavoca даже в выходной части канала, и приемлемое значение длины канала создается для имеющей большие размеры сверхпроводящей катушки. При этом плотность тока всего проводника, включая канал охладителя, равна г

41,4 А/мм при магнитной индукции !

2 Тл и может быть высокой для сверхпронодников такого вида.

На фиг. 2 представлен сверхпроводник, в котором канал охладителя представляет собой большое число составляющих параллельных каналов. Размеры поперечного сечения и параметры сверхпроводника являются такими же, как и в описанном варианте и включает н себя не- сколько содержащих Nb Sn композитных сверхпроводящих проводов 2, каждый из которых покрыт стабилизирующим материалом, несколько стабилизаторов 3, каждый из которых снабжен каналом охладителя 4, и несколько усиливающих элементов 5, покрытых теплопроводным материалом

6. Стабилизатор 4 и пара усиливаю5 ! цих злементов, с тенлопроводным материалом 6, расположенных на противоположных сторонах, соединены найкой серебряным припоем, электронно-лучевой сваркой ипи другим подобным способом — с целью образования узла 7. Узел 7 располагается между парой содержащих % Sn композитных

3 сверхпроводящих проводов 2 и соединяется с ними тем же способом, какой указывался.

Так как сверхпроводник 1 разделен на несколько частей, (канал охладителя разделен на четыре элемента), то периферическая длина канала охладителя, находящаяся в контакте со стенкой 8 канала, больше сечения канала охладителя

4. Внутренняя поверхность стенки канала 8 снабжена неровностями, име. ющими радиус 0,5 мм. Б результате доля площади сечения канала охлади— теля 4, занимаемая в полном сечении проводника 1, равна 6,2Х а отношение полной периферической длины стенки 8 канала охладителя, находящейся в контакте с охладителем, к площади сечения канала охладите-! ля 4 равно 33,5 см . При исследовании стабильности снерхпроводника 1 в условиях описанного варианта параметр стабилизации е, равен 0,57, при этом сверхпроводник 1 более стабилен, чем описанный, и потеря давления в канале охладителя 4 равна

2,9 ат при длине канала 500 м, Сверх" .критическое состояние удовлетворительно поддерживается даже в выходной части канала, и приемлемое значение длины канала создается для имеющей большие размеры сверхпроводящей катушки. Когда условия 9208 с табилизации аналогичны опис анному варианту, плотность ток 1 всего сверхпроводника 1, включая каналы охладителя 4„ ранна 46,6 A/ìì при

2 магнитной индукции 12 Тл, т.е, больше, чем в сверхпроводнике 1, Затем применительно к ниобийоловянному (ИЬ Бп) сверхпроводнику, который имел те же размеры поперечного сечения, что и описанные два варианта, исследуют площадь сечения канала охладителя, его периферическую длину, находящуюся в контакте со стенкой канала, стабильность сверхпроводника и потерю давления в канале охладителя.

Площади сечения ниобий-оловянных (МЬ Бп) композитных сверхпроводящих

2б проводов и усиливающих элементов выдерживаются постоянными, а увеличение или уменьшение площади сечения канала охладителя создают путем увеличения или уменьшения площади

25 сечения стабилизирующего материала.

Размеры поперечного сечения указанных сверхпроводников, материал композитного сверхпроводящего провода, площадь поперечного сечения уо усиливающего элемента, параметры сверхпроводника, состояние охладителя и т.д, остаются неизменными.

Однако даже тогда, когда численные значения и параметры этих сверхпроводников увеличиваются, что соз35 дает сильные магнитные поля, указанные эффекты существенно не снижаются, Изобретение относится также и к другим сверхпроводящим материалам, например ванадий-галлиевым и ниобийтитановым, 81! 99208 уие.4.

Составитель В.Кручинкина

Редактор М.Келемеш Техред Т,Фанта Корректор В.Бутяга

Заказ 7741/62 Тираж 678 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.. Проектная, 4